化学第六单元 物质结构与性质 第31讲 晶体结构与性质（选考） .ppt

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1、第31讲 晶体结构与性质考纲导视考纲定位1.了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。2.了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。3.了解分子晶体结构与性质的关系。4.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。5.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。了解金属晶体常见的堆积方式。6.了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。基础反馈正误判断，正确的画“”，错误的画“”。(1)离子晶体中每个离子周围均吸引着 6 个带相反电荷的离子()。)。(2)分子晶体的熔沸点很低，常温下都呈液态或气态(3)原子晶体

2、中的各相邻原子都以共价键相结合()。(4)金属导电的原因是在外电场作用下金属产生自由电子，电子定向运动()。个 Ca2 (5)金属晶体和离子晶体中分别存在金属键和离子键等强烈的相互作用，很难断裂，因而都具有延展性()。(6)氮化碳()属于原子晶体，其化学式为 C3N4()。(7)在 CaF2 晶体()中，每个晶胞平均占有 4)。(8)在金刚石晶体()中，碳原子与碳碳键个数的比为 12()。(9)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高()。(10)同族元素的氧化物不可能形成不同类型的晶体()。答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)考点一 晶体和晶胞【知识梳理】物质晶体非

3、晶体结构特征结构微粒在三维空间里呈周期性_序排列结构微粒 _ 序排列性质特征自范性_熔点_异同表现各向异性无各向异性区别方法熔点法有固定熔点无固定熔点X-射线对固体进行 X-射线衍射实验1晶体与非晶体。有无有无固定不固定2.晶胞。(1)晶胞：是描述晶体结构的基本单元。(2)晶体与晶胞的关系：整个晶体可以看作由数量巨大的晶胞“_”而成，晶胞是晶体结构中的基本重复单元，晶胞的结构可以反映晶体的结构。(3)晶胞中粒子数目的计算均摊法：如某个粒子为 n 个1n晶胞所共有，则该粒子有_属于这个晶胞。无隙并置3晶格能。kJmol1大小稳定高大(1)定义：气态离子形成 1 mol 离子晶体释放的能量，通常取

4、正值，单位：_。(2)影响因素：离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越_。离子的半径：离子的半径越_，晶格能越大。与离子晶体性质的关系：晶格能越大，形成的离子晶体越_，且熔点越_，硬度越_。【考点集训】例 1(2016 年河北邢台模拟)磁光存储的研究是 Williams 等在 1957 年使 Mn 和 Bi 形成的晶体薄膜磁化并用光读取之后开始的。如图是 Mn 和 Bi 形成的某种晶体的结构示意图(白球均在六棱柱内)，则该晶体物质的化学式可表示为()。A.Mn2BiB.MnBiC.MnBi3D.Mn4Bi3解析：由晶体的结构示意图可知：白球代表 Bi 原子，且均在六棱柱内，所以 Bi 为

5、6 个。黑球代表 Mn 原子，个数为12答案：B11。方法技巧晶胞组成的计算规律(1)平面六面体形晶胞。(2)非平行六面体形晶胞中粒子数目的计算同样可用均摊法，其关键仍然是确定一个粒子为几个晶胞所共有。例如，石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点 1 个碳原子对六边又如，在六棱柱晶胞(如图所示 MgB2 的晶胞)中，顶点上的原子为 6 个晶胞(同层 3 个，上层或下层各 3 个)共有，底面上原子个数为 6。例 2(2015 年新课标卷节选)O 和 Na 能够形成化合物 F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数 a0.566 nm，F 的化学式为_；晶胞中 O 原子的配位数为_；列式计算晶体F 的密度

6、(gcm3)_。(2)该晶体中Xn中n_。例 3元素 X 的某价态离子 Xn中所有电子正好充满 K、L、M 三个电子层，它与 N3形成的晶体结构如图所示。(1)该晶体的阳离子与阴离子个数比为_。(3)X 元素的原子序数是_。(4)晶体中每个 N3被_个等距离的Xn包围。答案：(1)31 (2)1 (3)29 (4)6方法技巧晶体微粒与 M(摩尔质量，gmol1)、(晶体密度，gcm3)之间的关系。若 1 个晶胞中含有 x 个微粒，则 1 mol 晶胞中含有 x mol微粒，其质量为 xM g；又1 个晶胞的质量为a3 g(a3为晶胞的体积，单位为 cm3)，则1 mol晶胞的质量为a3NA g

7、，因此有 xMa3NA。晶体类型分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成粒子_金属阳离子、自由电子_粒子间的相互作用力_硬度较小很大有的很大，有的很小较大熔、沸点较低很高有的很高，有的很低较高考点二晶体类型的结构和性质1四种晶体的比较。分子原子阴、阳离子分子间共价键金属键离子键【知识梳理】作用力晶体类型分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体溶解性相似相溶难溶于任何溶剂难 溶 于 常见溶剂大多易溶于水等极性溶剂导电、传热性一般不导电，溶于水后有的导电一般不具有导电性电 和 热 的良导体晶体不导电，水溶液或熔融状态下导电物质类别及实例大 多 数 非 金 属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2 除外)

8、、绝大多数有机物(有机盐除外)部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)，部分非金属化合物(如SiC、SiO2)金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)金属氧化物(如 K2O 、Na2O)、强 碱(如 KOH、NaOH)、绝大部 分 盐(如NaCl)（续表）2.晶体熔、沸点的比较。原子晶体离子晶体(1)不同类型晶体熔、沸点的比较。分子晶体不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：_。小短大强金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。高(2)同种类型晶体熔、沸点的比较。原子晶体：(比较共价键)原子半径越_键长越_键能越_共价键越_熔、沸点越_。如熔点：金刚石_碳化硅_晶

9、体硅。多小大高大离子晶体：(比较离子键强弱或晶格能大小)一般地说，阴、阳离子的电荷数越_，离子半径越_，则离子间的作用力就越_，其离子晶体的熔、沸点就越_，如熔点：MgO_MgCl2_NaCl_CsCl；衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越_，形成的离子晶体越_，熔点越_，硬度越_。稳定高大大高高大高分子晶体：(比较分子间作用力)分子间作用力越_，物质的熔、沸点越_；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常地_。如 H2O_H2Te_H2Se_H2S；组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越_，熔、沸点越_，如 SnH4_GeH4_SiH4_CH4；组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分

10、子的极性越大，其熔、沸点越高，如 CON2，CH3OHCH3CH3；同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如 CH3CH2CH2CH2CH3 金属晶体：金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：NaMgAl。晶体晶体结构晶体详解原子晶体金刚石(1)每个碳与相邻 4 个碳以共价键结合，形成正四面体结构(2)键角均为 10928(3)最小碳环由_个 C 组成且 6 原子不在同一平面内(4)每个 C 参与 4 个 CC 键的形成，C 原子数与 CC 键数之比为_SiO2(1)每个 Si 与 4 个 O 以共价键结合，形成正四面体结构(2)每 个正四面体占有 1 个

11、 Si，4 个 O，n(Si)n(O)12(3)最小环上有_个原子，即 6 个 O,6 个 Si3典型晶体模型。61212(续表)61286晶体晶体结构晶体详解离子晶体NaCl型(1)每个Na(Cl)周围等距且紧邻的Cl(Na)有_个。每个Na周围等距且紧邻的Na有_个(2)每个晶胞中含4个Na和4个ClCsCl型(1)每个Cs周围等距且紧邻的Cl有_个，每个Cs(Cl)周围等距且紧邻的Cs(Cl)有_个(2)如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs、1个Cl(续表)126晶体晶体结构晶体详解分子晶体干冰(1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子(2)每个CO2分子周围等距紧

12、邻的CO2分子有_个 金属晶体简单立方堆积典型代表Po，配位数为_，空间利用率52%晶体晶体结构晶体详解金属晶体面心立方最密堆积又称为 A1 型或铜型，典型代表Cu、Ag、Au，配位数为_，空间利用率 74%体心立方堆积又称为 A2 型或钾型，典型代表Na、K、Fe，配位数为_，空间利用率 68%六方最密堆积又称为 A3 型或镁型，典型代表Mg、Zn、Ti，配位数为_，空间利用率 74%(续表)12812晶体熔点/硬度水溶性导电性水溶液与Ag反应A811较大易溶水溶液或熔融导电白色沉淀B3500很大不溶不导电不反应C114.2很小易溶液态不导电白色沉淀【考点集训】例 4有 A、B、C 三种晶体

13、，分别由 H、C、Na、Cl 四种元素中的一种或几种组成，对这三种晶体进行实验，结果如下表：(1)晶体的化学式分别为 A_、B_、C_。(2)晶体的类型分别是 A_、B_、C_。(3)晶体中微粒间作用力分别是 A_、B_、C_。解析：根据A、B、C 所述晶体的性质可知，A 为离子晶体，只能为 NaCl，微粒间的作用力为离子键；B 应为原子晶体，只能为金刚石，微粒间的作用力为共价键；C 应为分子晶体，且易溶，只能为 HCl，微粒间的作用力为范德华力。答案：(1)NaCl CHCl(2)离子晶体 原子晶体 分子晶体(3)离子键 共价键 范德华力方法技巧晶体类型的判断方法(1)依据构成晶体的微粒和微

14、粒间的作用判断：离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用力是离子键；原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用力是共价键；分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用力为范德华力或氢键；金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用力是金属键。(2)依据物质的类别判断：金属氧化物(如 K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH 等)和绝大多数盐类是离子晶体；大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2 外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体；常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等

15、；金属单质、合金是金属晶体。(3)依据晶体的熔点判断：离子晶体的熔点较高；原子晶体熔点高；分子晶体熔点低；金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。(4)依据导电性判断：离子晶体溶于水及熔融状态时能导电；原子晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电；金属晶体是电的良导体。(5)依据硬度和机械性能判断：离子晶体硬度较大或硬而脆；原子晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。例 5(2016 届江西赣州一模)磷元素在生产和生活中有广泛的应用。(1)P 原子的价电

16、子排布图为_。(2)四(三苯基膦)钯分子结构如下图：P 原子以正四面体的形态围绕在钯原子中心上，钯原子的杂化轨道类型为_；判断该物质在水中溶解度并加以解释_。该物质可用上图所示的物质 A 合成：物质 A 中碳原子杂化轨道类型为_；一个 A 分子中手性碳原子数目为_。(3)在下图中表示出四(三苯基膦)钯分子中配位键：_ gcm3。(4)PCl5 是一种白色晶体，在恒容密闭容器中加热可在 148 液化，形成一种能导电的熔体，测得其中含有一种正四面体形阳离子和一种正六面体形阴离子，熔体中 PCl 的键长只有198 nm 和 206 nm 两种，这两种离子的化学式为_；正四面体形阳离子的键角小于 PC

17、l3 的键角原因为_；该晶体的晶胞如图所示，立方体的晶胞边长为 a pm，NA 为阿伏加德罗常数的值，则该晶体的密度为(5)PBr5气态分子的结构与 PCl5 相似，它的熔体也能导电，经测定知其中只存在一种 PBr 键长，试用电离方程式解释PBr5 熔体能导电的原因_。解析：(1)P 是 15 号元素，核外有 15 个电子，P 元素基态原子电子排布为1s22s22p63s23p3，价电子排布图为。(2)P 原子以正四面体的形态围绕在钯原子中心上，钯原子与 P原子形成 4 个单键，杂化轨道数为 4，钯原子的杂化轨道类型为 sp3；水为极性分子，四(三苯基膦)钯分子为非极性分子，分子极性不同，不相

18、溶，所以该物质在水中难溶；物质 A 中甲基上的 C 采取 sp3 杂化类型，CN 为 sp 杂化，碳碳双键为 sp2杂化，连接 4 个不同原子或原子团的碳原子为手性碳原子，如图所示：，故一个 A 分子中手性碳原子数目为 3 个。(3)配位键是由含有孤电子对的原子指向含有空轨道的原子，Pd含有空轨道、P 原子含有孤电子对，所以配位键由 P 原子指向Pd 原子。(4)PCl5 是一种白色晶体，在恒容密闭容器中加热可在148 液化，形成一种能导电的熔体，说明生成自由移动的阴对个数4，杂化方式是 sp3，PCl3分子中 P 原子有一对孤电子 于成键电子对间的排斥力，所以正四面体形阳离子的键角小于PCl

19、3 的键角，晶胞中 8 个PCl5 位于顶点，1 个 PCl5 分子位于晶能电离出能导电的阴阳离子，而产物中只存在一种 PBr 键长，答案：(1)(2)sp3不溶于水，水为极性分子，四(三苯基膦)钯分子为非极性分子，分子极性不同，故不相溶 sp、sp2、sp3 3(3)例 6(2016 年新课标卷)锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：(1)基态 Ge 原子的核外电子排布式为Ar_，有_个未成对电子。(2)Ge 与 C 是同族元素，C 原子之间可以形成双键、三键，但 Ge 原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析，原因是_。(3)比较下列锗卤化物的熔点和

20、沸点，分析其变化规律及原因_。(4)光催化还原 CO2 制备 CH4 反应中，带状纳米 Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O 电负性由大至小的顺序是_。(5)Ge 单晶具有金刚石型结构，其中 Ge 原子的杂化方式为_，微粒之间存在的作用力是_。锗卤化物GeCl4GeBr4GeI4熔点/49.526146沸点/83.1186约400(6)晶胞有两个基本要素：原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，下图。则 D 原子的坐标参数为_。晶胞参数，描述晶胞的大小和形状，已知 Ge 单晶的晶计算式即可)。胞参数a565.76 pm，其密度为_gcm3(列出解析：(1)Ge 是32 号元素

21、，位于元素周期表第四周期第A族，基态 Ge 原子的核外电子排布式为Ar 4s24p2；在其原子的最外层的 2 个4s 电子是成对电子，2 个 4p 电子分别位于2 个不同的轨道上，所以有2 个未成对的电子。(2)Ge 原子之间难以形成双键或三键的原因是锗元素原子半径大，难以通过“肩并肩”方式形成键。(3)锗卤化物都为分子晶体，分子之间通过分子间作用力结合。对于组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高。由于相对分子质量：GeCl4GeBr4GeI4，所以它们的熔沸点由低到高的顺序是：GeCl4GeBr4GeI4。(4)元素的非金属性越强，其吸引电子的能力就越强，元

22、素的电负性就越大。元素 Zn、Ge、O 的非金属性强弱顺序是 OGeZn，所以这三种元素的电负性由大至小的顺序是 OGeZn。(5)Ge 单晶具有金刚石型结构，故 Ge 原子的杂化方式为 sp3 杂化；由于是同一元素的原子通过共用电子对结合，所以微粒之间存在的作用力是非极性共价键。答案：(1)3d104s24p2 2(2)锗元素原子半径大，难以通过“肩并肩”方式形成键(3)GeCl4、GeBr4、GeI4 均为分子晶体。组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高。相对分子质量 GeCl4GeBr4GeI4，所以熔沸点 GeCl4 GeBr4GeI4(4)OGeZn

23、(5)sp3 共价键(或非极性共价键)例 7(2016年四川成都月考)A、B、C、D 是元素周期表中前 36 号元素，它们的核电荷数依次增大。第二周期元素 A 原子的核外成对电子数是未成对电子数的 2 倍且有 3 个能级，B原子的最外层 p 轨道的电子为半充满结构，C 是地壳中含量最多的元素。D 是第四周期元素，其原子核外最外层电子数与氢原子相同，其余各层电子均充满。请回答下列问题：(1)A、B、C 的第一电离能由小到大的顺序是_(用对应的元素符号表示)；D 原子的基态电子排布式为_。(2)A 的最高价氧化物对应的水化物分子中，其中心原子采取_杂化；BC 的空间构型为_(用文字描述)。(3)1

24、 mol AB中含有的键个数为_。(4)如图是金属 Ca 和 D 所形成的某种合金的晶胞结构示意图，则该合金中 Ca 和 D 的原子个数比是_。(5)镧镍合金与上述合金都具有相同类型的晶胞结构 XYn，它们有很强的储氢能力。已知镧镍合金 LaNin 晶胞体积为9.01023 cm3，储氢后形成 LaNinH4.5 合金(氢进入晶胞空隙，体积不变)，则 LaNin 中 n_(填数值)；氢在合金中的密度为_。解析：根据题中已知信息，第二周期元素 A 原子的核外成对电子数是未成对电子数的 2 倍且有 3 个能级可知，A 为碳元素，B 为氮元素，C 为氧元素，D 为铜元素。镧镍合金储氢后，1 mol 晶体中氢元素的质量为 4.5 g，则氢在合金中的密度为答案：(1)CON1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1(2)sp2平面三角形(3)2NA或26.021023 0.083 gcm3。(4)15(5)50.083 gcm3